三維動畫和特效在影視作品中的應用研究

李正冬

（安徽新華學院藝術學院 安徽合肥 230088）

影視作品創作是一門以視覺和聽覺為基礎，觸覺和嗅覺為延伸，多重感官相結合的現代藝術，它與戲劇戲曲、攝影攝像、繪畫、美術、音樂、文字圖形、舞蹈、雕塑和建筑等多種藝術表現形式息息相關，將現代科技與藝術表現融為一體。在影視作品創作過程中，前期和中期制作基本上具有比較完善的流程規范和設計方法，運用三維動畫和特效部分的設計是考驗和衡量一個作品細節和技術深度的重要衡量指標。

一、nParticle粒子系統在影視特效與群體動畫中的應用

nParticle粒子系統是一套基于發射器、計算器和形狀節點進行設計的創作方法，在模擬階段，可以通過粒子系統進行自然特效的模擬，例如煙火、爆炸、水花、海洋、煙、塵、霧、云朵、植被樹葉、流行拖尾和發光特效等抽象視覺藝術效果。通過粒子事件碰撞編輯器和精靈向導，可以實時動態地模擬粒子效果在設計視圖中的現實效果，根據設計運動的視覺效果進行相關屬性的調節和修改。

在渲染階段，通過不同形式的渲染藝術方式，可以提供多種多樣的渲染屬性，配合不同的渲染器和渲染參數，加上燈光和材質效果的配合，能夠模擬逼真的自然效果和生動的動畫運動效果，在視覺藝術表現效果上，與傳統的動畫制作方式上有著本質的區別，不僅可以高效快速地模擬自然肌理效果，還可以真實還原現實場景的光影效果信息。

在系統應用階段，粒子系統可以配合柔體和彈簧工具，進行可視化和實時化的設計效果，通過權重工具的繪制，可以調整每個粒子屬性在場景中的運動力的范圍和幅度。通過實例化器可以實現群體動畫的設計效果，這樣可以大大增加粒子顯示效果的屬性，通過自行設計的任意幾何體圖形，都可以作為實現粒子的替代效果，例如在影視作品中，荷塘里面小魚隨機游動的藝術效果，可以通過實例化器進行粒子替代，從而大大豐富了藝術創作的表現手段和形式。通過使用碰撞的功能，還可以使粒子系統參與物理碰撞的效果，增加幾何運動的真實感和逼真度。除了系統自帶的設計效果以外，還可以整合相關的插件，在系統整體設計應用中，根據制作效果，快速表現相關藝術展示效果。

二、nCloth布料系統在動畫服裝與柔性動畫設計中的應用

布料系統表示三維計算機圖形學中模擬和表現柔軟織物和具有可變形具有交互運算和運動屬性設計的技術，例如角色的服裝設計，隨風飄動的旗幟等藝術效果。在影視動畫作品中，角色的服裝動畫是表現的難點之一，要讓服飾跟角色的運動相匹配，同時通過服飾的運動反映角色的運動規律，具有較高的藝術修養和美術功底才能較好地較好地把握其運動的節奏和韻律。傳統的角色動畫服飾主要通過軟選擇和關鍵幀技術得以實現，調節運動效果難度較大，工作量也比較煩瑣，通過最新的布料系統，可以模擬自然界中各種材質的布料屬性，通過摩擦力和彈力等屬性的區別體現不同的紋理質感和動畫效果。對于角色服裝設計有一個完善的系統進行整體化設計，模擬衣服服裝生成的過程和動畫演示效果。

除了模擬服裝和布料等具有柔軟變形效果的材質之外，還可以模擬一些本身形狀具有隨著外在力的作用發生相關改變的易變形物體，通過繪制紋理和頂點特性，可以在紋理貼圖和頂點貼圖之間進行相互轉化，從而可以更好地表現物體的柔性運動軌跡和隨機變化過程。布料系統應用在影視動畫作品中，可以極好地將復雜的關鍵幀動畫技術進行模塊化和簡單化處理，將極其耗費時間的工作變得簡單和容易，同時可以輕松地制作出完美的視覺效果，對于項目開發設計和制作具有良好的幫助和參考意義。

三、nHair毛發系統在動畫角色與三維場景中的應用

毛發系統表示三維計算機圖形學中模擬和表現具有基于線條運動軌跡的技術，例如角色的頭發、草地的植被、燈繩窗簾等藝術效果。在影視動畫作品中，人物角色等毛發系統的設計也是一個比較煩瑣的流程，在游戲動畫設計中，基本上可以通過面片貼圖的形式，進行骨骼綁定，得到一個基礎的毛發動畫效果，但是在影視級別的作品效果渲染中，通過貼圖表現，對于細節和動態變化的精度效果卻不能得到有效的體現，因此通過毛發系統，可以通過幾何體或者樣條曲線進行毛發系統的創建，同時可以模擬現實場景中頭發系統的梳理效果，根據設計效果，運用相關的頭發系統設計工具，提供不同毛發造型風格的需求。對于毛發系統的運動效果，可以結合運動學和動力學進行產生交互動畫，從而得到更加真實和自然的運動效果，此外，通過Paint Effect筆刷可以指定并輸出添加給頭發系統，對整個頭發系統進行更為完善和深入的設計，為角色動畫的藝術魅力增添幾分生動的視覺藝術效果。

由于毛發系統具有半透明的屬性，因此在設計過程中應該注意透明貼圖的使用和Alpha通道繪制毛發紋理的方法，法線貼圖可以顯著增加頭發的立體感和真實感，通過各個貼圖通道的相互配合，可以制作栩栩如生的毛發效果。除了生成毛發系統以外，還可以模擬三維場景的草地和植被效果，例如三維場景中動態風吹草低的效果模擬，可以通過毛發系統結合相關動力學解算，產生隨風擺動的藝術效果，對于批量化、整體化的隨機變化運動，毛發系統也具有事半功倍的設計效果。

四、nConstraint約束系統在物體運動與限制過程中應用

約束系統表示三維計算機圖形學中模擬和表現物體運動過程中，受到外界自然力或模擬力的影響，對本身的運動軌跡產生規律性變化的技術，例如鐘擺擺動、鐵鏈運動、物體破碎等藝術效果。約束系統的應用設計，可以讓物體的運動受到外力的影響，與本身自身運動產生一個互動的視覺藝術效果，對于影視作品中物體基于自然界力的效果的模擬和限制約束運動的效果具有重要的作用和幫助。通過相關的組件和變換約束，可以將物體的運動軸心固定在場景中的某一點靜止或者隨父對象一起運動，產生視覺中心的變化效果，運用力場和碰撞效果，可以模擬物體受到外力作用下，產生真實的反饋運動效果，對于基于物理計算的運動方式具有重要的幫助。例如在影視作品中，角色控制武器打斗場景中，碰到場景外物體產生的碰撞效果的效果模擬，可以利用運動約束系統對其運動軌跡和效果進行提前規劃和設計。

在影視動畫作品創作中，約束系統對于主體物體在場景中的運動具有視覺引導流程的效果，因此對于它與其他場景中物體發生力的作用后，運動軌跡的改變和速度的變化，對于新的運動軌跡具有重新規劃的作用。場景中的每個物體都不是獨立的存在，為了能夠產生互動和觀眾產生共鳴，每個物體的運動變化都對于全局畫面的視覺中心有重新定位的作用，因此如何設計主體物體的運動軌跡，同時能夠與其他物體產生比較真實的反饋效果，對于導演和設計師在構思和設計制作過程中都是值得深思的主題。nConstraint約束系統的產生，可以通過基于物理運算的方式，讓物體的運動受到相關聯的物體的屬性的變化，同時可以模擬不同的力學反饋結果，對于復雜運動的物體軌跡運動和多場景交互畫面的效果實現，具有重要的功能。

五、流體系統在三維動畫和環境特效設計中的應用

流體系統表示三維計算機圖形學中模擬和表現具有氣體和液體屬性的技術，例如煙霧運動、液體流動等環境裝置藝術效果。通過3D和2D容器可以模擬三維效果和二維效果的流體效果，根據添加和編輯容器內容，模擬不同體積和形狀的運動變化，配合內置的示例效果，可以模擬更多的流體運動效果。對于流體運動過程中的變化效果和細節體現，可以通過擴展功能和增加流體的分辨率提高模擬的真實度和運動感。此外，還可以創建相關的池塘和海洋的模型，增加船體模型和尾跡模型，配合運動場和動力學定位器，生成真實自然的流體運動效果，在運動過程中，還可以基于物理運算與場景中的模型發生碰撞，實現力的反饋效果，使運動的效果更加逼真和自然。

流體系統在三維動畫表現中，主要通過系統的算法和真實的模擬運動，完成動畫的模擬和解算，對于影視場景中難以基于拍攝實現的效果，流體系統可以根據設計效果的需求，配合光影照明和材質屬性，很容易地實現虛擬的場景動畫效果。流體系統在環境特效設計中，可以模擬自然天氣的雨雪和大霧等天氣效果，還可以模擬火焰燃燒，冰雪融合等自然效果，只要是具有流體屬性或與之相關聯的物體動畫，都可以通過流體系統進行模擬和再現，對于影視作品中難以實現的畫面效果和綜合場景的運用，具有快速表現物體運動的真實感和再現復雜環境的虛擬感的作用和價值。

六、場/解算器與Paint Effect效果系統在特殊運動與快速表現設計中的應用

場/解算器與Paint Effect效果系統表示三維計算機圖形學中模擬和表現具有剛體運動的技術，通過力場和約束的影響，對其運動產生實時的變化，例如多米諾骨牌、物體隨機掉落動畫、煙火、閃電等藝術效果。場/解算器可以通過創建空氣、阻力、重力、湍流、旋渦等力場，影響粒子或者物體的運動屬性，對于影視特效中一些特殊的運動軌跡的表現，具有很好的模擬和計算效果。通過創建主動剛體和被動剛體對象，還可以模擬基于物理運算的力場效果，配合場/解算器等效果的使用，可以為創意設計提供更多的思路和途徑，為影視作品的創作效果提供新的設計表現方法。

Paint Effect可以創建基于二維或者三維場景的筆刷效果，通過自身參數屬性和相關動力學屬性，可以表現一些物體生成動畫或者群體隨機運動效果的畫面，對于快速表現和設計具有重要的作用。通過系統自帶的資源和實例效果，也可以導入場景進行基礎編輯，后期渲染輸出通過后期合成軟件，實現特效與場景的有機融合，為影視創作過程中批量化、快速化和隨機化的設計效果提供便捷的思路和途徑。

在影視創作過程中，如果現實場景中有合適的素材可以直接適配主題的創作，對于制作速度和效率具有重要的幫助，每個鏡頭里面如果有反復可以利用的場景或道具，對于制作表現進度上面都有不同程度的體現，因此預置的資源合理運用，也是一個重要的環節。隨著計算機軟件的Paint Effect系統不斷優化和升級，對于動畫模塊、動力學模塊、燈光渲染模塊、建模、流體實例等模塊的設計制作，可以直接導入到場景中，通過屬性參數的調節，達到預期使用的素材效果，對于制作畫面效果和制作效率方面，都具有重要的幫助和指導意義。

結論

傳統動畫的表現技法和制作技術相對比較成熟，在創作過程中，應根據創作過程中遇到的問題或者難以實現的畫面和運動效果，積極探索和尋找新的解決問題的辦法，對于新事物的發展和新技術的應用，借助于計算機輔助生成畫面的技術手段，應當選擇合適的表現手法，引入到作品的創作和表現過程中，通過新技術的應用和傳統畫面效果的藝術表現，達到技術和藝術的完美融合與創新。

通過特效系統的綜合設計，在具體影視作品中，可以選取合適的動畫和特效系統，為影視作品的畫面藝術表現和視覺表現提供更有力的保障和支撐，為藝術創作的范圍提供更為寬廣的平臺和空間。